[go 面试] 雪花算法与分布式ID生成

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生成全局唯一ID的雪花算法原理

雪花算法是一种用于生成全局唯一ID的算法，最初由Twitter开发，用于解决分布式系统中生成ID的问题。其核心思想是将一个64位的长整型ID划分成多个部分，每个部分用于表示不同的信息，确保了生成的ID在分布式环境下的唯一性。

ID结构

符号位（1位）：始终为0，用于保证ID为正数。
时间戳（41位）：表示生成ID的时间戳，精确到毫秒级。
工作节点ID（10位）：表示生成ID的机器的唯一标识。
序列号（12位）：表示在同一毫秒内生成的多个ID的序列号。

生成步骤

获取当前时间戳，精确到毫秒级。
如果当前时间小于上次生成ID的时间，或者在同一毫秒内生成的ID数量超过最大值，等待下一毫秒再继续生成。
如果当前时间等于上次生成ID的时间，序列号自增1。
如果当前时间大于上次生成ID的时间，序列号重新从0开始。
将各个部分的值组合，得到最终的64位ID。

Go实现雪花算法的高并发ID生成器

package main

import (
    "fmt"
    "sync"
    "time"
)

const (
    workerBits     = 10
    sequenceBits   = 12
    workerMax      = -1 ^ (-1 << workerBits)
    sequenceMask   = -1 ^ (-1 << sequenceBits)
    timeShift      = workerBits + sequenceBits
    workerShift    = sequenceBits
    epoch          = 1609459200000
)

type Snowflake struct {
    mu          sync.Mutex
    lastTime    int64
    workerID    int64
    sequence    int64
}

func NewSnowflake(workerID int64) *Snowflake {
    if workerID < 0 || workerID > workerMax {
        panic(fmt.Sprintf("worker ID must be between 0 and %d", workerMax))
    }
    return &Snowflake{
        lastTime: time.Now().UnixNano() / 1e6,
        workerID: workerID,
        sequence: 0,
    }
}

func (sf *Snowflake) NextID() int64 {
    sf.mu.Lock()
    defer sf.mu.Unlock()

    currentTime := time.Now().UnixNano() / 1e6

    if currentTime < sf.lastTime {
        panic(fmt.Sprintf("clock moved backwards, refusing to generate ID for %d milliseconds", sf.lastTime-currentTime))
    }

    if currentTime == sf.lastTime {
        sf.sequence = (sf.sequence + 1) & sequenceMask
        if sf.sequence == 0 {
            for currentTime <= sf.lastTime {
                currentTime = time.Now().UnixNano() / 1e6
            }
        }
    } else {
        sf.sequence = 0
    }

    sf.lastTime = currentTime

    id := (currentTime-epoch)<<timeShift | (sf.workerID << workerShift) | sf.sequence
    return id
}

func main() {
    sf := NewSnowflake(1) // 假设工作节点ID为1

    for i := 0; i < 10; i++ {
        id := sf.NextID()
        fmt.Println(id)
        time.Sleep(time.Millisecond)
    }
}